(57)【要約】【課題】パーティクルの発生を抑制することで優れた膜質の膜（半導体膜）を安定して形成することが可能な気相成長装置、ガス供給部材および半導体製造方法を提供する。【解決手段】気相成長装置は、ガス供給部材２とサセプタとを備える。サセプタはガス供給部材２に対して相対的に移動可能である。ガス供給部材２は、複数の原料ガス吐出部１４、１５と、分離ガス供給孔１３と、ヒートスプレッダ１０とを含む。複数の原料ガス吐出部は、複数種類の原料ガスをサセプタに向けて吐出する。分離ガス供給孔１３は、一種類の原料ガスを吐出する一の原料ガス吐出部１４を、他の種類の原料ガスを吐出する他の原料ガス吐出部１５から隔離する分離ガスを供給する。ヒートスプレッダ１０は、分離ガス供給孔１３に供給される分離ガスに接する。原料ガス吐出部１４、１５は、サセプタの移動方向において上流側と下流側とに配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを供給するためのガス供給部材と、
前記ガス供給部材に対向して配置され、成膜対象物を保持する支持体とを備え、
前記支持体は前記ガス供給部材に対して相対的に移動可能であり、
前記ガス供給部材は、
複数種類の原料ガスを前記支持体に向けて吐出する複数の原料ガス吐出部と、
前記複数の原料ガス吐出部のうち、前記複数種類の原料ガスのうちの一種類の前記原料ガスを吐出する一の原料ガス吐出部を、前記複数種類の原料ガスのうち他の種類の前記原料ガスを吐出する他の原料ガス吐出部から隔離する分離ガスを供給する分離ガス供給部と、
前記分離ガス供給部に供給される前記分離ガスに接する冷却部材とを含み、
前記一の原料ガス吐出部と前記他の原料ガス吐出部とは、前記支持体の移動方向において上流側と下流側とに配置されている、気相成長装置。
【請求項２】
前記分離ガス供給部は、前記一の原料ガス吐出部の周囲を囲むように前記分離ガスを供給する、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記冷却部材は、前記分離ガス供給部において前記分離ガスが流通する流路に表面が露出するとともに、前記分離ガス供給部の位置から前記ガス供給部材の端部にまで延在する固体伝熱部材を含む、請求項１または２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記固体伝熱部材は、少なくとも前記流路に露出する表面がモリブデン、ニッケルおよびステンレス鋼からなる群から選択される一種により構成されている、請求項３に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記支持体を内部に保持する処理室と、
前記処理室の内部に配置された加熱部材とを備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記処理室の内壁は鏡面仕上げされている、請求項５に記載の気相成長装置。
【請求項７】
気相成長装置に用いるガス供給部材であって、
複数種類の原料ガスを吐出する複数の原料ガス吐出部と、
前記複数の原料ガス吐出部のうち、前記複数種類の原料ガスのうちの一種類の前記原料ガスを吐出する一の原料ガス吐出部を、前記複数種類の原料ガスのうち他の種類の前記原料ガスを吐出する他の原料ガス吐出部から隔離する分離ガスを供給する分離ガス供給部と、
前記分離ガス供給部に供給される前記分離ガスに接する冷却部材とを備える、ガス供給部材。
【請求項８】
前記分離ガス供給部は、前記一の原料ガス吐出部の周囲を囲むように前記分離ガスを供給する、請求項７に記載のガス供給部材。
【請求項９】
前記冷却部材は、前記分離ガス供給部において前記分離ガスが流通する流路に表面が露出するとともに、前記分離ガス供給部の位置から前記ガス供給部材の端部にまで延在する固体伝熱部材を含む、請求項７または８に記載のガス供給部材。
【請求項１０】
前記固体伝熱部材は、少なくとも前記流路に露出する表面がモリブデン、ニッケルおよびステンレス鋼からなる群から選択される一種により構成されている、請求項９に記載のガス供給部材。
【請求項１１】
成膜対象物を準備する工程と、
加熱された前記成膜対象物の表面に向けて、半導体の原料となる複数種類の原料ガスを、互いに分離ガスで区分した状態で供給しながら、前記成膜対象物を前記原料ガスの供給方向に対して交差する方向であって、かつ前記成膜対象物の表面における異なる種類の前記原料ガスの供給位置の並ぶ方向に沿った方向に移動することにより、前記成膜対象物の前記表面に半導体膜を形成する工程とを備える、半導体製造方法。
【請求項１２】
前記膜を形成する工程において、前記分離ガスを冷却することにより、前記分離ガスで区分された前記原料ガスを冷却する、請求項１１に記載の半導体製造方法。
【請求項１３】
前記複数種類の原料ガスは、トリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムと搬送ガスとの混合ガス、およびハロゲン化ガリウムガスのいずれか一方と、アンモニアまたはアミン系ガスと搬送ガスとの混合ガスとを含み、
前記分離ガスは、水素ガス、窒素ガス、不活性ガス、およびこれらのガスの混合ガス、のいずれか１つを含む、請求項１１または１２に記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気相成長装置、ガス供給部材および半導体製造方法に関し、より特定的には、複数種類の原料ガスを用いる気相成長装置、ガス供給部材および半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化合物半導体などの半導体の製造において気相成長装置が用いられている。たとえば、特開平１０−２２３５４３号公報（以下、特許文献１と呼ぶ）においては、成膜対象物である基板の表面に対して平行な方向に複数種類の原料ガスを導入する気相成長装置において、原料ガスの仕切板の先端部（原料ガスの流れ方向における下流側端部）の厚みを徐々に薄くすることで、仕切板の先端部における原料ガスの流れの乱れを抑制し、結果的に原料ガスの流れの乱れ（原料ガスの混合）に起因するパーティクルの発生を抑制することが開示されている。
【０００３】
また、特開平８−９１９８９号公報（以下、特許文献２と呼ぶ）においては、金属有機化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて材料を作り出すための反応容器であって、原料ガス（気体状の先駆物質）をチャンバ内に供給するためのインゼクター組立体を備えたものが開示されている。当該インゼクター組立体は３層構造を有しており、最もチャンバの外周側に位置する層が第１の原料ガスのための第１チャンバであり、第１チャンバの下側に位置する層が第２の原料ガスのための第２チャンバであり、第２チャンバの下側に位置する層（最もチャンバ内部寄りの層）が冷却材を流通させるための冷却チャンバとなっている。第１チャンバには、第２チャンバおよび冷却チャンバを貫通するようにガスの導管が接続されている。また、第２チャンバにも、冷却チャンバを貫通するようにガスの導管が接続されている。冷却チャンバを流通する冷却材は、上記導管の表面と接触することで、導管を介して第１及び第２の原料ガスを冷却する。また、上記特許文献２では、インゼクター組立体において上記第１チャンバの上にさらにもう１層のチャンバ（第３チャンバ）を設けることで４層構造とし、当該第３チャンバに、第１チャンバ、第２チャンバおよび冷却チャンバを貫通するようにガスの導管を接続することが開示されている。当該第３チャンバから導管を介して水素を供給し、当該水素は第１及び第２の原料ガスが互いに接触することを防止するとしている。
【０００４】
また、特開２００２−２３１６４３号公報（以下、特許文献３と呼ぶ）においては、ＭＯＣＶＤ法を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を製造する装置であって、成膜対象物である基板の表面に対してほぼ垂直にＩＩＩ族原料ガスを供給するＩＩＩ族原料供給管と、当該ＩＩＩ族原料供給管が内周側に位置し、ＩＩＩ族原料供給管と同心状態となるように配置されたドーピング原料供給管と、当該ドーピング原料供給管が内周側に位置し、ドーピング原料供給管と同心状態となるように配置されたＶ族原料供給管とを備える装置が開示されている。また、当該ドーピング原料供給管を保護ガス供給管としてもよいことが示唆されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２３５４３号公報
【特許文献２】特開平８−９１９８９号公報
【特許文献３】特開２００２−２３１６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に開示された装置では、複数種類の原料ガスが気相中で混合し、反応しながら輸送されるので、気相中での原料ガスの反応に起因するパーティクルの発生を完全に抑制することは難しい。そして、このようなパーティクルは、基板の表面に付着することで形成される膜の膜質の劣化の原因となる。
【０００７】
また、上記特許文献２に開示された装置では、分離ガスとしての水素ガスをチャンバ内に供給する導管は、第１及び第２の原料ガスを供給するための導管の間に離散的に配置されている。そのため、導管から噴出した第１及び第２の原料ガスが導管端部の周囲に広がって混合、反応することを完全に防止することは難しい。このような原料ガスの混合、反応に起因して導管端部の周囲には堆積物が付着し、結果的にこの堆積物が剥離して基板表面に異物として付着する場合があった。
【０００８】
また、特許文献２に開示されたインゼクター組立体は、構造が複雑であることから製造コストが高くなる。さらに、上記インゼクター組立体は、構造が複雑で接合部も多いため当該接合部の不良（たとえば溶接不良）などに起因するガスや冷却材の漏れといった問題の発生確率も高くなるという問題があった。このような冷却材の漏れなどは、結果的に成膜条件の不安定化につながり、高い信頼性で良好な膜質の膜を形成することが困難になる。
【０００９】
また、特許文献３に開示された装置では、ＩＩＩ族原料とＶ族原料とが同心状に配置された配管から供給されるため、原料のガスの間に保護ガスが供給された場合でも、原料が基板に到達する前に（気相中で）原料が混合、反応する場合があった。また、特許文献３では、原料のガスや保護ガスについて温度制御を行なっていない。そのため、基板からの輻射熱で原料のガスが加熱され、気相中での原料の反応が進んで結果的に異物（パーティクル）が発生する場合があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、パーティクルの発生を抑制することで優れた膜質の膜（たとえば半導体膜）を安定して形成することが可能な気相成長装置、ガス供給部材および半導体製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に従った気相成長装置は、原料ガスを供給するためのガス供給部材と、ガス供給部材に対向して配置され、成膜対象物を保持する支持体とを備える。支持体はガス供給部材に対して相対的に移動可能である。ガス供給部材は、複数の原料ガス吐出部と、分離ガス供給部と、冷却部材とを含む。複数の原料ガス吐出部は、複数種類の原料ガスを支持体に向けて吐出する。分離ガス供給部は、複数の原料ガス吐出部のうち、複数種類の原料ガスのうちの一種類の原料ガスを吐出する一の原料ガス吐出部を、複数種類の原料ガスのうち他の種類の原料ガスを吐出する他の原料ガス吐出部から隔離する分離ガスを供給する。冷却部材は、分離ガス供給部に供給される分離ガスに接する。一の原料ガス吐出部と他の原料ガス吐出部とは、支持体の移動方向において上流側と下流側とに配置されている。
【００１２】
このようにすれば、分離ガスによって一の種類の原料ガスと他の種類の原料ガスとが隔離された状態で、成膜対象物の表面にまで到達できる。このため、成膜対象物の表面に到達する前に複数種類の原料ガスが互いに混合することを抑制できる。さらに、冷却部材によって分離ガスが冷却されているため、当該冷却された分離ガスを介して原料ガスの温度も低下させることができる。このため、原料ガスの温度が上昇して複数種類の原料ガスの反応性が高くなることを防止できる。したがって、複数種類の原料ガスが混合し、反応する可能性をさらに低減できる。この結果、原料ガスの反応に起因するパーティクルの発生を抑制できる。
【００１３】
また、支持体が移動可能となっており、一の原料ガス吐出部と他の原料ガス吐出部とが支持体の移動方向において上流側と下流側とに配置されているので、成膜対象物の表面の所定の領域には、複数種類の原料ガスのうち一種類の原料ガスと他の種類の原料ガスとが支持体の移動に伴って順番に供給される。そして、成膜対象物の表面に供給された原料ガスが当該表面（または表面近傍の境界層）において反応することで、成膜対象物の表面に膜を形成することができる。なお、このとき原料ガスの反応による生成物は速やかに成膜対象物の表面における成膜反応により消費されるので、従来のように成膜対象物上の気相中で原料ガスが反応した場合のようにパーティクルを生成する可能性は低い。
【００１４】
この発明に従ったガス供給部材は、気相成長装置に用いるガス供給部材であって、複数の原料ガス吐出部と、分離ガス供給部と、冷却部材とを備える。複数の原料ガス吐出部は、複数種類の原料ガスを吐出する。分離ガス供給部は、複数の原料ガス吐出部のうち、複数種類の原料ガスのうちの一種類の原料ガスを吐出する一の原料ガス吐出部を、複数種類の原料ガスのうち他の種類の原料ガスを吐出する他の原料ガス吐出部から隔離する分離ガスを供給する。冷却部材は、分離ガス供給部に供給される分離ガスに接する。
【００１５】
このようにすれば、分離ガスによって一の種類の原料ガスと他の種類の原料ガスとが隔離された状態で、気相成長装置の処理室内部へ原料ガスを供給できる。そのため、処理室内部に配置された成膜対象物の表面に到達する前に複数種類の原料ガスが互いに混合することを抑制できる。さらに、冷却部材によって分離ガスが冷却されているため、当該冷却された分離ガスを介して原料ガスの温度も低下させることができる。このため、原料ガスの温度が上昇して複数種類の原料ガスの反応性が高くなることを防止できる。したがって、複数種類の原料ガスが混合し、反応する可能性をさらに低減できる。この結果、原料ガスの反応に起因するパーティクルの発生を抑制できる。
【００１６】
この発明に従った半導体製造方法は、成膜対象物を準備する工程と、膜を形成する工程とを備える。膜を形成する工程では、加熱された成膜対象物の表面に向けて、半導体の原料となる複数種類の原料ガスを、互いに分離ガスで区分した状態で供給しながら、成膜対象物を原料ガスの供給方向に対して交差する方向であって、かつ成膜対象物の表面における異なる種類の原料ガスの供給位置の並ぶ方向に沿った方向に移動することにより、成膜対象物の表面に半導体膜を形成する。
【００１７】
このようにすれば、分離ガスによって複数種類の原料ガスが隔離された状態で、成膜対象物の表面にまで原料ガスが到達できる。このため、成膜対象物の表面に到達する前に複数種類の原料ガスが互いに混合し、反応することを抑制できる。この結果、原料ガスの反応に起因するパーティクルの発生を抑制できる。
【００１８】
また、成膜対象物が上述のように移動することにより、成膜対象物の表面の所定の領域には、複数種類の原料ガスのうち一種類の原料ガスと他の種類の原料ガスとが成膜対象物の移動に伴って順番に供給される。そして、成膜対象物の表面に供給された原料ガスが当該表面（または表面近傍の境界層）において反応することで、成膜対象物の表面に膜を形成することができる。
【００１９】
この発明に従った半導体基板は、上記半導体製造方法を用いて形成されたものである。具体的には、この発明に従った半導体基板は、ベース基板と、上記ベース基板の主表面上に上記半導体製造方法を用いて形成された半導体膜とを備えていてもよい。また、上記半導体基板は、ベース基板の主表面上に上記半導体製造方法を用いて形成された半導体膜であって、当該ベース基板を除去した自立基板であってもよい。この場合、半導体基板を構成する半導体膜の膜質は優れたものとなっていることから、当該半導体基板を用いて発光素子やパワーデバイスなどの素子を形成する場合に当該素子の特性が膜質の影響により劣化することを抑制できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、パーティクルの発生を抑制し、優れた膜質の膜（たとえば半導体膜）を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による気相成長装置を示す断面模式図である。
【図２】図１に示した気相成長装置のガス供給部材を下面（原料ガス吐出部が形成された下部表面）側から見た模式図である。
【図３】図２に示した線分III−IIIにおける断面模式図である。
【図４】図１〜図３に示した気相成長装置を用いた半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図１〜図３に示した気相成長装置の第１の変形例を示すガス供給部材の断面模式図である。
【図６】図１〜図３に示した気相成長装置の第２の変形例を示す断面模式図である。
【図７】本発明による気相成長装置の実施の形態２を示す断面模式図である。
【図８】図７に示した気相成長装置を構成するガス供給部材の断面模式図である。
【図９】図７および図８に示した気相成長装置の変形例を示す、ガス供給部材の断面模式図である。
【図１０】本発明による気相成長装置の実施の形態３を示す断面模式図である。
【図１１】図１０に示した気相成長装置のガス供給部材とサセプタとの配置を説明するための平面模式図である。
【図１２】図１０に示した気相成長装置のガス供給部材の底面を示す平面模式図である。
【図１３】図１２の線分XIII-XIIIにおける断面模式図である。
【図１４】図１０〜図１３に示した気相成長装置の第１の変形例を示す、ガス供給部材の側面を示す平面模式図である。
【図１５】図１４の線分XV−XVにおける断面模式図である。
【図１６】図１０〜図１３に示した気相成長装置の第２の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１〜図３を参照して、本発明による気相成長装置の実施の形態１を説明する。
【００２４】
図１〜図３に示した気相成長装置１は、処理室としてのチャンバ本体３と、チャンバ本体３の上部開口部を塞ぐように配置されるガス供給部材２と、チャンバ本体３の内部の空間（処理空間）に配置される架台４と、架台４上に搭載されるサセプタ５と、チャンバ本体３の内部からガスを排出するための図示しない排気装置とを備える。チャンバ本体３の平面形状はたとえば円形状である。チャンバ本体３の材料としては任意の材料を用いることができるが、たとえばステンレス鋼を用いることができる。
【００２５】
架台４には、サセプタ５を介して基板６を加熱するための加熱装置（たとえば電熱ヒータなど）が配置されている。なお、加熱装置としては、電熱ヒータのような抵抗加熱装置、ランプ加熱装置、誘導加熱装置など任意の構成の装置を用いることができる。架台４上に搭載されたサセプタ５は、その平面形状が円形状であり、サセプタ５の主表面（上部表面）に平行な面内において中心部を中心として回転可能になっている。サセプタ５は上部表面に処理対象物である基板６を搭載する。なお、サセプタ５は、サセプタ５自体が回転すると同時に、搭載した基板６をも回転させるいわゆる自公転サセプタであってもよい。このような自公転サセプタを用いると、形成される膜２６の均一性がより向上する。
【００２６】
サセプタ５を回転させる機構としては、機械式の回転機構を用いてもよいが、回転駆動用のガスをサセプタ５の所定の位置に吹き付けてサセプタ５を回転させる、といった方法を用いてもよい。なお、機械式の回転機構は回転数の制御性が優れており、サセプタ５の高速回転も可能である。一方、回転駆動用のガスを用いる場合、回転機構を構成する機械部品が少ない（つまり回転力を伝達するための歯車などの駆動部品が無い）ため、当該機械部品の故障の可能性が低い。
【００２７】
また、サセプタ５として上述した自公転サセプタを用いる場合、基板６を回転させる（基板６を自転させる）ための機構としては、サセプタ５の回転と機械的に連動して基板６を自転させる構成を採用してもよい。また、基板６を自転させるため、基板６を搭載し、サセプタ５上において回転可能な基板ホルダをサセプタ５に配置し、当該基板ホルダの下面に自転駆動用のガスを吹き付けて基板ホルダを回転させる、という構成を採用してもよい。このような自転駆動用のガスを用いる構成であれば、高温になるサセプタ５に複雑な機械部品を設置する必要が無いため自公転サセプタの構成を簡略化できる。
【００２８】
図２および図３に示すように、図１の矢印７で示す方向から見たガス供給部材２においては、その表面（底壁）に分離ガス供給孔１３が複数個形成されている。分離ガス供給孔１３は、ガス供給部材２の底壁の中心部から放射状に配置されるように形成されている。なお、この分離ガス供給孔１３の配置は図２に示したような配置に限られず、任意の配置を採用することができる。たとえば、分離ガス供給孔１３を同心円状に整列するように多数配置してもよいし、分離ガス供給孔１３が正方格子あるいは三角格子を構成するように配置してもよい。分離ガス供給孔１３の内部には、分離ガス供給孔１３の側壁から離れた状態で原料ガス吐出部１４、１５が配置されている。原料ガス吐出部１４は、原料ガス吐出部１５とは異なる種類の原料ガスをチャンバ本体３の内部へと供給する。図２および図３に示すように、隣接する分離ガス供給孔１３においては、それぞれ互いに異なる原料ガスを供給する原料ガス吐出部１４、１５が配置されていることが好ましい。特に、サセプタ５の回転方向に沿った方向（たとえば図２におけるガス供給部材２の低壁の外周に沿った円周方向）に並ぶ分離ガス供給孔１３について、それぞれ異なる原料ガスを供給する原料ガス吐出部１４、１５が交互に配置されることが好ましい。
【００２９】
分離ガス供給孔１３の直径は、たとえば０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下、より好ましくは０．９ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることができる。分離ガス供給孔１３の直径の下限を上記の値としたのは、分離ガス供給孔１３内に配置する原料ガス吐出部１４、１５を構成するパイプの機械的強度を維持するためである。また、分離ガス供給孔１３の直径の上限を上記の値としたのは、これ以上当該直径が大きいと、十分なガスの流速を維持するためのガスの供給量が大きくなりすぎることから、経済的に不利になるからである。
【００３０】
また、分離ガス供給孔１３の内周側壁と原料ガス吐出部１４、１５の外周側壁との間の距離は、たとえば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。上記距離の下限を上記の値としたのは、これ以上上記距離が小さいと十分なガス流を得られないためである。また、上記距離の上限を上記の値としたのは、上記距離がこれ以上大きいと、冷却部材としてのヒートスプレッダ１０に十分な熱を伝えられない可能性が高くなるとともに、十分なガスの流速を維持するためのガスの供給量が大きくなりすぎることから、経済的に不利になるからである。
【００３１】
また、原料ガス吐出部１４、１５の内径は、たとえば０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることができる。原料ガス吐出部１４、１５の直径の下限を上記の値としたのは、これ以上上記直径が小さいと十分なガス流を得られないためである。また、原料ガス吐出部１４、１５の直径の上限を上記の値としたのは、これ以上当該直径が大きいと、十分なガスの流速を維持するためのガスの供給量が大きくなりすぎることから、経済的に不利になるからである。
【００３２】
また、隣接する分離ガス供給孔１３の間の距離（隣接する分離ガス供給孔１３の側壁同士の間の距離、具体的には最短距離）は、たとえば１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。上記距離の下限を上記の値としたのは、上記距離が上記下限値より小さいと、当該距離に対応した最適な基板６と分離ガス供給孔１３（つまりヒートスプレッダ１０）との距離が小さくなり、ガス供給孔１３中の分離ガスや、ガス供給孔１３が形成されたヒートスプレッダ１０が基板６の熱により加熱されるので、ガスの冷却を十分に行なうことが困難になるからである。また、上記距離の上限を上記の値としたのは、上記距離が上限値より大きいと、基板６上での均一な成膜が困難になるからである。
【００３３】
図２および図３に示すように、ガス供給部材２は、平面形状が円形状であって、円盤状の上壁と、当該上壁の外周部からサセプタ５側へと延びる側壁２２とを含む伝熱ベース１１と、当該伝熱ベース１１の側壁２２の端部（下端）に接続された、ガス供給部材２の底壁を構成するヒートスプレッダ１０と、ヒートスプレッダ１０と伝熱ベース１１とにより構成されるバッファ室１２へと分離ガスを供給するための分離ガス供給管１８と、原料ガス吐出部１４へと原料ガスを供給するための原料ガス供給管１６と、他の原料ガス吐出部１５へと原料ガスを供給するための原料ガス供給管１７とを含む。ヒートスプレッダ１０を構成する材料としては、たとえばニッケルやモリブデンなど、原料ガスとの反応性の低い（安定な）材料であって、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。原料ガス供給管１６、１７では、ガス供給部１９からそれぞれ異なる種類の原料ガスが供給される。また、分離ガス供給管１８へは、分離ガス供給部２０から分離ガスが供給される。分離ガス供給孔１３はヒートスプレッダ１０に形成された貫通孔である。そのため、分離ガス供給孔１３の壁面はヒートスプレッダ１０の表面により構成される。
【００３４】
伝熱ベース１１は、上述のようにヒートスプレッダ１０の外周端部と伝熱ベース１１の側壁２２の内周側にて接続されるとともに、伝熱ベース１１の中央部に形成された中央支持部２３の先端部がヒートスプレッダ１０の上部表面と接触した状態になっている。なお、伝熱ベース１１とヒートスプレッダ１０との接続部は、上述したヒートスプレッダ１０の外周端部および中央部の両方に形成されていてもよいが、当該接続部をヒートスプレッダ１０の外周端部および中央部のいずれか一方としてもよい。伝熱ベース１１は、温度制御部２１と熱的に接続されている。このため、ヒートスプレッダ１０および伝熱ベース１１を介して分離ガス供給孔１３から吐出される分離ガスの熱を温度制御部２１へ伝えることができる。つまり、分離ガス供給孔１３から吐出される分離ガスは、ヒートスプレッダ１０および伝熱ベース１１を介して温度制御部２１により冷却される。そして、冷却された分離ガスにより、原料ガス吐出部１４、１５から吐出される前の原料ガス、および当該原料ガス吐出部１４、１５から吐出された原料ガスが冷却される。
【００３５】
次に、図１〜図３に示した気相成長装置の動作を簡単に説明する。図１〜図３に示した気相成長装置１を用いた半導体装置の製造方法では、まず図４に示すように基板準備工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、気相成長装置１のサセプタ５上に搭載する基板６を準備する。この基板６の表面には、後述するように気相成長装置１における処理により所定の組成の膜が形成される。この基板６は、図１に示すようにサセプタ５の上表面上に搭載される。なお、基板６の材料としては、その主表面上に所定の膜（たとえばＧａＮなどの半導体膜）を形成することができれば、任意の材料を用いることができる。
【００３６】
このようにサセプタ５に基板６が搭載された状態で、チャンバ本体３とガス供給部材２とによって囲まれる処理室内部から雰囲気ガスを図示しない排気装置などを用いて排気することにより、処理室内部の圧力を所定の圧力に設定する。そして、サセプタ５を電熱ヒータなどの加熱装置によって加熱することにより、基板６の温度を成膜処理に必要な温度へと昇温する。なお、サセプタ５の加熱方法としては、上述のように任意の方法を用いることができる。
【００３７】
次に、図４に示すように成膜工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、サセプタ５を回転させながら、ガス供給部材２の分離ガス供給孔１３、原料ガス吐出部１４、１５のそれぞれから分離ガス、および種類の異なる原料ガス（たとえば種類の異なる先駆物質のガス、あるいは先駆物質のガスとキャリアガスとの混合ガス）を処理室内部へと供給する。このとき、原料ガス吐出部１４、１５のそれぞれは、分離ガス供給孔１３に囲まれた状態になっている。そのため、原料ガス吐出部１４、１５のそれぞれから放出された原料ガスは、分離ガス供給孔１３の内周側壁と原料ガス吐出部１４、１５の外周側壁との間の間隙から吐出された分離ガスによってその周囲を囲まれた状態となっている。このため、基板６に到達する前に種類の異なる原料ガスが混合する可能性を低減できる。
【００３８】
そして、周囲を分離ガスで囲まれた状態で原料ガスが基板６の上部表面に到達すると、加熱された基板６の表面上で原料ガスが基板６からの熱により分解する。このように分解した原料が基板６の表面に付着する（あるいは基板６の表面近傍の境界層に留まる）一方で、図２の矢印８に示す方向にサセプタ５が回転することによりガス供給部材２に対する相対的な基板６の位置が変化している。そのため、一方の原料ガス吐出部１４から供給された原料ガス（前駆物質）が分解して基板６の表面に付着した後、他の原料ガス吐出部１５と対向する位置へと基板６の当該部分が移動する。その結果、原料ガス吐出部１５から供給された他の原料ガス（他の前駆物質）が基板６の上部表面に到達し、また加熱される事によって当該他の原料ガスが分解される。そして、このような原料ガスが基板６の表面で分解し、先に原料ガス吐出部１４から供給されていた原料ガスの分解物と反応することによって、基板６の表面に膜２６（図１参照）が形成される。
【００３９】
つまり、原料ガス吐出部１４、１５から供給されるそれぞれの原料ガスは、分離ガス供給孔１３から供給される分離ガスによってその周囲を囲まれているため、基板６の表面に到達するまで互いに混ざり合うことはない。その結果、ガス供給部材２から基板６に到達するまでの空間において、異なる種類の原料ガスが互いに混ざることで反応がおき、パーティクルなどの異物が発生する可能性を低減することができる。このため、当該パーティクルが基板６の表面に付着することによって、形成される膜２６の膜質が劣化するといった問題の発生を抑制できる。
【００４０】
また、上述のように原料ガス吐出部１４、１５から供給されるそれぞれの原料ガスは、分離ガス供給孔１３から供給される分離ガスによってその周囲を囲まれているため、基板６の表面での反応、あるいは基板６の表面近傍の境界層における成膜反応が、基板６とガス供給部材２との間の空間における反応より優勢になる。この結果、当該空間、もしくは処理室内の他の領域（たとえばチャンバ本体３の内周壁面やヒートスプレッダ１０の表面など）での、原料ガスの反応に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。さらに、このようなパーティクルの発生につながるような余分な反応が抑制されることから、基板６表面での成膜に消費される原料ガスの割合を高めることができる。このため、少ない原料ガスの供給量であっても十分な膜の成長速度を実現できる。
【００４１】
たとえば、基板６の表面上にＧａＮの膜を形成する場合には、原料ガス吐出部１４から供給される原料ガス（先駆物質のガス）として、たとえばトリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムのガスを用いることができる。また、原料ガス吐出部１５から供給される他の種類の原料ガス（先駆物質のガス）としてアンモニアガスを用いることができる。また、分離ガスとして水素ガスまたは窒素ガスを用いることができる。
【００４２】
また、ガス供給部材２と基板６との間の距離はたとえば３ｍｍ以上５０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍとすることができる。ガス供給部材２と基板６との間の好ましい距離は、成膜処理時の雰囲気温度、原料ガスの流量、分離ガスの流量、基板６の成膜処理時の温度、ヒートスプレッダ１０の温度、基板６の移動速度などを考慮し、基板６に到達する前の原料ガスの流れを極力乱さないようにするための最適値を算出することが可能である。ここで、基板６とヒートスプレッダ１０との間の空間において対流が発生するかどうかは、基板６とヒートスプレッダ１０との温度差と、当該基板６とヒートスプレッダ１０との間の距離の３乗とに比例する。そのため、基板６とヒートスプレッダ１０との間の距離が５０ｍｍを超えると対流の発生が顕著になり、原料ガスの周囲を分離ガスが囲んだ状態を維持することが難しくなる。さらに、ＧａＮを形成する場合のように基板６の加熱温度が７００℃を超える場合には、対流の発生がより顕著になることから、当該距離を２０ｍｍ以下とすることが好ましい。一方、上記距離が３ｍｍより小さくなると、ガス供給部材２から供給された原料ガスや分離ガスが基板６の表面に吹き付けられた後、ガス供給部材２側へ流れてくる現象が問題となる。具体的には、基板６側からガス供給部材２側へ流れる原料ガスなどと、新たにガス供給部材２から吐出される原料ガスなどとが干渉し、ガスの流れが乱れるという問題が起きる。そのため、このような問題の発生を抑制するためには、上記距離を３ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００４３】
図５を参照して、この発明による気相成長装置の実施の形態１の第１の変形例を説明する。なお、図５は図３に対応する。
【００４４】
図５に示した気相成長装置を構成するガス供給部材２は、基本的には図２および図３に示したガス供給部材２と同様の構成を備えるが、分離ガス供給孔１３が一方の原料ガス吐出部１５の周囲にのみ形成されている点が図３に示したガス供給部材２とは異なっている。異なる観点から言えば、一方の原料ガス吐出部１５のみが分離ガス供給孔１３の内部に、当該分離ガス供給孔１３の内周壁面と放れた状態で配置されている。このような構成によっても、原料ガス吐出部１５から放出される原料ガスは分離ガス供給孔１３から供給される分離ガスによってその周囲をカーテン状に囲まれた状態となっている。そのため、ガス供給部材２と基板６との間の空間において原料ガス吐出部１５から供給される原料ガスと、原料ガス吐出部１４から供給される他の種類の原料ガスとが互いに混ざり合うことを抑制できる。この結果、異なる原料ガス同士が基板６の上部の空間で先に混ざることによってパーティクルが発生するといった問題の発生確率を低減できる。
【００４５】
図６を参照して、本発明による気相成長装置の実施の形態１の第２の変形例を説明する。なお、図６は図１に対応している。
【００４６】
図６を参照して、気相成長装置１は基本的には図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の構造を備えるが、チャンバ本体３とガス供給部材２とに囲まれた空間である処理室内部に加熱部材９が配置されている点が異なっている。この加熱部材９はいわゆるチャンバベーキング用のヒータであって、メンテナンスなどのために処理室内部を大気に開放した後、再度処理を開始する前に、処理室内部を加熱するためのものである。このような加熱により、サセプタ５から離れた位置のチャンバ本体３の内壁に付着した水などを蒸発させることができる。また、このとき処理室内部のガスを外部に排気することで、蒸発した水（水蒸気）を処理室の外部へ排出することができる。この結果、処理室内部に水蒸気が残存することによって、形成される膜２６の膜質が劣化するといった問題の発生を抑制できる。このような加熱部材９を配置することで、たとえば成膜対象として窒化ガリウム（ＧａＮ）膜を形成する場合に、水分に含まれる酸素が当該ＧａＮへのドナーとなってキャリア密度を上昇させるといった問題の発生を抑制できる。具体的には、このような加熱部材９を用いることで、メンテナンス後も容易に形成された膜であるＧａＮ膜におけるキャリア濃度を１×１０16／ｃｍ3以下とすることができる。
【００４７】
なお、チャンバ本体３の内壁（処理室の壁面）のうち、高温に加熱されるサセプタ５からの輻射熱を受ける部分については、上述のようなメンテナンスの際に大気に晒されて水分が付着していても、メンテナンス後のチャンバベーキング時にサセプタ５の温度を上昇させることで当該サセプタ５からの熱で上記水分を蒸発させることができる。一方、サセプタ５から離れており、当該サセプタ５からの輻射熱があまり到達できないような処理室の壁面については、たとえサセプタ５を加熱しても十分にサセプタ５からの熱が伝わらず、メンテナンス時に付着した水分が残存する可能性もある。このように壁面において水分が残存した状態で原料ガスが当該壁面に接触すると、異物（パーティクル）の発生を誘発する場合がある。そこで、上記のような加熱部材９を配置することにより、メンテナンス後のチャンバベーキング時に当該加熱部材９によって処理室の壁面を加熱する（特にサセプタ５からの輻射熱が直接的に届きにくい領域を加熱する）ことができる。
【００４８】
また、図１〜図６に示した気相成長装置１においては、チャンバ本体３の内周壁面やガス供給部材２の底壁表面（ヒートスプレッダ１０の処理室に面する表面（下部表面））を、鏡面仕上げとしておくことが好ましい。このように処理室の内周壁面を鏡面仕上げとすることで、パーティクルの発生をより抑制することができる。すなわち、処理室の壁面に凹凸がある場合には、当該凹凸が核発生の起点となりパーティクルが生成される可能性が高くなるためである。また、処理室の壁面を鏡面仕上げとすることによって、当該壁面へ吸着する不純物ガスの量を低減することができる。この結果、成膜処理時に当該不純物ガスが処理室の内部において原料ガスに混ざる可能性を低減できるので、より純度の高い結晶の膜２６を得ることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図７および図８を参照して、本発明による気相成長装置の実施の形態２を説明する。
【００５０】
図７および図８に示す気相成長装置１は、基本的には図１〜図３に示した気相成長装置と同様の構造を備えるが、ガス供給部材２とサセプタ５との位置関係およびガス供給部材２の構成が異なっている。具体的には、図７に示すように気相成長装置１は、基板６がいわゆるフェースダウンの配置で設置されている。すなわち、チャンバ本体３の下側に開口があり、当該開口を塞ぐようにガス供給部材２が配置されている。チャンバ本体３の上壁面に架台４が配置され、当該架台４の下側にサセプタ５が回転可能に接続されている。サセプタ５の底面には基板６が爪などの保持部材（図示せず）により保持されている。ガス供給部材２からは、図８に示すように基板６に向けて原料ガスや分離ガスを供給できるようにその上部表面に分離ガス供給孔１３、原料ガス吐出部１４、１５が配置されている。
【００５１】
ガス供給部材２は、底面形状が円形状となっており、上端に開口が形成された円筒状の伝熱ベース１１と、当該伝熱ベース１１の上端の開口を塞ぐように配置されたヒートスプレッダ１０と、当該ヒートスプレッダ１０に形成された分離ガス供給孔１３へバッファ室１２を介して分離ガスを供給するための分離ガス供給管１８と、原料ガス吐出部１４へと原料ガスを供給するための、液状の原料を保持する原料保持容器３０、および原料保持容器３０において液状の原料と反応し原料ガスを発生させるための反応性ガスを原料保持容器３０へ供給するガス供給管３２と、原料ガス吐出部１５へと原料ガスを供給するための原料ガス供給管１７とを含む。分離ガス供給孔１３の配置や原料ガス吐出部１５および原料ガス供給管１７の構成は、基本的には図２および図３に示したガス供給部材２の構成と同様である。
【００５２】
一方、原料ガス吐出部１４へと原料ガスを供給する部分の構成は図２および図３に示したガス供給部材２とは異なっている。具体的には、原料ガス吐出部１４には、ガス供給部材２の内部のバッファ室１２の底部に配置された原料保持容器３０が接続されている。原料保持容器３０の内部には原料ガスの原材料となる液体原料３１が保持されている。当該液体原料３１から原料ガスを生成するためにガス供給管３２から反応性ガスを原料保持容器３０の内部へ供給する。たとえば、液体原料としてガリウムの融液を用い、ガス供給管３２から反応性ガスとしてたとえば塩化水素ガスを供給することによって、原料ガスとしての先駆物質ガスを生成できる。なお、反応性ガスとしては他のガスを用いることもできる。また、原料保持容器３０は伝熱ベース１１に接触するように保持されているので、当該伝熱ベース１１および温度制御部２１を用いて原料保持容器３０内の液体原料３１の温度を制御することもできる。そして、当該先駆物質ガスを原料ガス吐出部１４から反応室の内部へと供給する。このようにすれば、トリメチルガリウムなどの有機金属を原料ガスとして用いないため、有機金属に起因する炭素不純物が形成される膜に取り込まれることはない。したがって、高純度の組成の膜を形成することができる。
【００５３】
このような構成のガス供給部材２を用いても、図１〜図３に示した気相成長装置と同様の効果を得ることができる。さらに、成膜対象物である基板６の膜が形成される面が下向きに配置されているため、もしパーティクルがガス供給部材２と基板６との間で発生しても当該基板６の下側の表面（ガス供給部材２に対向する面）にパーティクルが付着する可能性を低くすることができる。このため、基板６において優れた膜質の膜を形成することができる。
【００５４】
また、加熱されたサセプタ５がガス供給部材２の上部に配置されているため、加熱された処理室内部の雰囲気ガスが対流により移動する方向（加熱された雰囲気ガスが上昇する方向）と、原料ガス吐出部１４、１５から供給される原料ガスや分離ガス供給孔１３から供給される分離ガスの流れる方向とが一致する。このため、これらのガスの流れが雰囲気ガスの対流によって乱される可能性を低減できる。したがって、ガス供給部材２と基板６との間の距離は、実施の形態１に示した構成（いわゆるフェースアップの構成）の気相成長装置における当該距離より長くすることができる。たとえば、当該距離を３ｍｍ以上２００ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とすることができる。当該距離が３ｍｍより小さくなると、すでに述べたように、ガス供給部材２から供給された原料ガスや分離ガスが基板６の表面に吹き付けられた後、ガス供給部材２側へ流れてくる現象が問題となる。一方、基板６の表面に均一な膜を形成できるように原料ガス吐出部１４、１５の間の距離を設定した場合、基板６の表面に異なる種類の原料ガスが互いに混ざらずに到達できるようにするため、上記距離は２００ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００５５】
また、図８に示したガス供給部材２の構成に代えて、図３に示したガス供給部材２の上下を逆さにした構成のガス供給部材を用いてもよい。
【００５６】
図９を参照して、本発明による気相成長装置の実施の形態２の変形例を説明する。
図９に示したガス供給部材２を備える気相成長装置は、基本的には図７および図８に示した気相成長装置１と同様の構造を備えるが、ガス供給部材２における分離ガス供給孔１３の配置が異なっている。すなわち、図９に示したガス供給部材２においては、分離ガス供給孔１３は原料ガス吐出部１５の周りにのみ形成されている。異なる観点から言えば、原料ガス吐出部１５は分離ガス供給孔１３の内部に配置され、分離ガス供給孔１３の内周側面から原料ガス吐出部１５の外周側面は間隔を隔てて配置されている。原料ガス吐出部１４は、ヒートスプレッダ１０に形成された開口部２５に挿入された状態となっており、当該開口部２５の内周側面と原料ガス吐出部１４の外周側面とは接触した状態になっている。このような構成のガス供給部材２を備える気相成長装置によっても、図７および図８に示した気相成長装置１と同様の効果を得ることができる。なお、図９に示したガス供給部材２の構成に代えて、図５に示したガス供給部材２の上下を逆さにした構成のガス供給部材を用いてもよい。
【００５７】
（実施の形態３）
図１０〜図１３を参照して、本発明による気相成長装置の実施の形態３を説明する。
【００５８】
図１０〜図１３を参照して、本発明による気相成長装置１は、基本的には図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の構造を備えるが、ガス供給部材２の構成、サセプタ５の形状およびその動作態様が異なっている。具体的には、気相成長装置１のチャンバ本体３の上部に形成された開口を塞ぐように平面形状が長方形状のガス供給部材２と、チャンバ本体３とガス供給部材２との間の間隙を充填するように支持部材３５とが配置されている。また、サセプタ５の平面形状は図１１に示すように四角形状であり、当該サセプタ５の上部表面上には複数枚の（図１１では４枚の）基板６が搭載されている。そして、サセプタ５は、図１０および図１１に示すように、架台４の上部表面上を矢印３６に示すように図１１の左右方向へと往復運動するようになっている。
【００５９】
ガス供給部材２は、図１２に示すように、その底面に複数の分離ガス供給孔１３が形成されている。なお、図１２は図１０の矢印７に示す方向からガス供給部材２の底面を見た場合を示す模式図である。図１２に示すように、分離ガス供給孔１３は、サセプタ５（図１１参照）の移動方向を示す矢印３６に対して交差する方向（図１２においては直交する方向）に整列するように複数列（図１２では２列）配置されている。そして、図１３に示すように、ガス供給部材２の底壁を構成するヒートスプレッダ１０は、底面が開口部となっている箱型の伝熱ベース１１の当該開口部を塞ぐように配置されている。この伝熱ベース１１とヒートスプレッダ１０とにより囲まれた伝熱ベース１１の内部空間はバッファ室１２としての機能を有する。ガス供給部材２では、伝熱ベース１１の壁面を貫通するように、当該バッファ室１２へ分離ガスを供給するための分離ガス供給管１８が形成されている。また、分離ガス供給孔１３の内部には図３に示したガス供給部材２と同様に原料ガス吐出部１４、１５が配置されている。図１２および図１３からもわかるように、分離ガス供給孔１３の１つの列（矢印３６と交差する方向に延びる列）においてはすべて原料ガス吐出部１４が配置され、もう一方の分離ガス供給孔１３の列においては、他の種類の原料ガスを供給するための原料ガス吐出部１５が配置されている。なお分離ガス供給孔１３の列の数は３つ以上であってもよい。この場合も、各分離ガス供給孔１３の列ごとに原料ガス吐出部１４、１５のいずれかが配置されている。
【００６０】
原料ガス吐出部１４、１５のそれぞれには、原料ガス吐出部１４、１５に原料ガスを供給するため原料ガス供給管１６、１７が接続されている。原料ガス供給管１６、１７には、それぞれ異なる種類の原料ガスを供給するためのガス供給部１９が接続されている。また、分離ガス供給管１８には、分離ガスを供給するための分離ガス供給部２０が接続されている。さらに、伝熱ベース１１には、放熱機構および／または加熱機構を含む温度制御部２１が熱的に接続されている。この結果、ヒートスプレッダ１０、伝熱ベース１１を介してバッファ室１２内および分離ガス供給孔１３内の分離ガスが冷却される。さらに、当該分離ガスを冷却することで、原料ガス吐出部１４、１５を介して、あるいは原料ガス吐出部１４、１５から吐出された原料ガスと当該原料ガスの周囲を囲む分離ガスとが直接接触することで、原料ガスを冷却することができる。
【００６１】
次に、図１０〜図１３に示した気相成長装置を用いた半導体装置の製造方法を簡単に説明する。図１０〜図１３に示した気相成長装置を用いた半導体装置の製造方法は基本的には図１〜図３に示した気相成長装置を用いた半導体装置の製造方法と同様であるが、サセプタ５の動作の状態が異なっている。すなわち、図４に示した成膜工程（Ｓ２０）において、ガス供給部材２からそれぞれ種類の異なる原料ガスが原料ガス吐出部１４、１５より供給された状態で、サセプタ５は図１０〜図１２に示す矢印３６に示す方向において往復運動する。この結果、基板６の表面においては、原料ガス吐出部１４から供給された一の種類の原料ガスと、原料ガス吐出部１５から供給された他の種類の原料ガスとが交互に供給される。そして、加熱された基板６の表面または表面近傍の境界層において、これらの原料ガスが分解することにより、基板６の表面または上記境界層においてこれらの原料ガスから膜が生成される。この結果、図１〜図３に示した気相成長装置と同様に、基板６の上部における空間での原料ガスの混合を抑制できるので、当該空間での原料ガスの反応に起因するパーティクルの発生を抑制できる。
【００６２】
なお、図１０〜図１３に示した気相成長装置１において、分離ガス供給孔１３は、原料ガス吐出部１４、１５のいずれか一方の周囲のみに形成されていてもよい。この場合も、図１０〜図１３に示した気相成長装置１と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
図１４および図１５を参照して、本発明による気相成長装置の実施の形態３の第１の変形例を説明する。
【００６４】
図１４および図１５に示したガス供給部材２は、基本的には図１２および図１３に示したガス供給部材と同様の構造を備えるが、ガス供給部材２の底壁を構成するヒートスプレッダ１０における分離ガスの供給部および原料ガスの供給部の形状が異なっている。具体的には、図１４に示すように、矩形状のヒートスプレッダ１０においては、細長い長方形状の分離ガス供給スリット４３が２つ、同じ方向に延びるように形成されている。なお、この分離ガス供給スリット４３の数は３以上の複数個であってもよい。また、複数の分離ガス供給スリット４３の延在方向は、互いに平行であることが好ましいが、ある程度の角度で互いに交差する方向に延びていてもよい。そして、この分離ガス供給スリット４３の内部にそれぞれ原料ガス吐出部４４、４５が配置されている。この原料ガス吐出部４４、４５の平面形状は、図１４に示すように細長い長方形状（いわゆるスリット形状）となっている。
【００６５】
このような構造のガス供給部材２を備える気相成長装置によっても、図１０〜図１３に示した気相成長装置と同様な効果を得ることができる。つまり、図１４および図１５に示したようなガス供給部材２の構造によっても、一方の原料ガス吐出部４４から供給される原料ガスを、分離ガス供給スリット４３の内周側面と原料ガス吐出部４４の外周側面との間の隙間から供給される分離ガスがカーテンのように周囲を覆った状態で反応室の中へと供給できる。そして、このように分離ガスで外周を覆われた原料ガスは、他方の原料ガス吐出部４５から供給される原料ガスと混合することなく基板６の表面にまで到達できる。この結果、基板６の表面において加熱されて原料ガスが分解し成膜反応が起きる一方で、基板６の表面に到達するまでは原料ガス同士が混合されることはない。つまり、基板６の表面に到達する前に原料ガスが混合されることにより当該原料ガスが反応してパーティクルが生成するといった問題の発生を抑制できる。なお、原料ガス吐出部４５の平面形状は原料ガス吐出部４４の平面形状とほぼ同様である。
【００６６】
また、図１５に示すように、原料ガス吐出部４４、４５は、それぞれバッファ室４６、４７に接続されている。このバッファ室４６、４７には、原料ガス供給管１６、１７がそれぞれ接続されている。この原料ガス供給管１６、１７からそれぞれ異なる原料ガスがガス供給部１９よりバッファ室４６、４７へと供給される。このバッファ室４６、４７は、図１５に示すようにその断面積が原料ガス供給管１６、１７や原料ガス吐出部４４、４５よりも大きくなっており、原料ガス吐出部４４、４５のそれぞれから供給される原料ガスの圧力分布を均一化する機能を有している。
【００６７】
なお、分離ガス供給スリット４３の短辺方向での幅は、たとえば０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下、より好ましくは０．９ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることができる。上記幅の下限を上記の値としたのは、分離ガス供給スリット４３内部に配置される原料ガス吐出部４４、４５の機械的強度を維持するためである。また、上記幅の上限を上記の値としたのは、上記幅が上記上限値より大きくなると、十分なガスの流速を維持するためのガスの供給量が大きくなりすぎることから、経済的に不利になるからである。
【００６８】
また、分離ガス供給スリット４３の長辺方向での幅は、たとえば１５ｍｍ以上２００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下とすることができる。上記幅の下限を上記の値としたのは、上記幅が上記下限値より小さいと、均一な膜の形成が難しくなるからである。また、上記幅の上限を上記の値としたのは、上記幅が上記上限値を超えると、スリット全体において均一にガスを流すことが難しくなるからである。
【００６９】
また、分離ガス供給スリット４３の内周側壁と原料ガス吐出部４４、４５の外周側壁との間の距離は、たとえば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。上記距離の下限を上記の値としたのは、これ以上上記距離が小さいと十分なガス流を得られないためである。また、上記距離の上限を上記の値としたのは、上記距離がこれ以上大きいと、冷却部材としてのヒートスプレッダ１０に十分な熱を伝えられない可能性が高くなるとともに、十分なガスの流速を維持するためのガスの供給量が大きくなりすぎることから、経済的に不利になるからである。
【００７０】
また、原料ガス吐出部４４、４５の内周短辺方向での幅は、たとえば０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることができる。上記幅の下限を上記の値としたのは、これ以上上記幅が小さいと十分なガス流を得られないためである。また、上記幅の上限を上記の値としたのは、上記幅が上記上限値を超えると、スリット全体において均一にガスを流すことが難しくなるからである。
【００７１】
また、原料ガス吐出部４４、４５の内周長辺方向での幅は、たとえば１５ｍｍ以上２００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下とすることができる。上記幅の下限を上記の値としたのは、これ以上上記幅が小さいと均一に膜を形成することが難しくなるからである。また、上記幅の上限を上記の値としたのは、上記幅が上記上限値を超えると、スリット全体において均一にガスを流すことが難しくなるからである。
【００７２】
ここで、原料ガス吐出部４４、４５は、分離ガス供給スリット４３の内部に配置されていれば、スリット状の形状以外の形状であってもよい。たとえば、原料ガス吐出部４４、４５の形状として、スリット状ではなく、図１２および図１３に示したような原料ガス吐出部１４、１５と同様の形状（平面形状が円形状となっているパイプ状の形状）、あるいは他の任意の形状を採用してもよい。また、図１４および図１５に示したガス供給部材２において、分離ガス供給スリット４３は、原料ガス吐出部４４、４５のいずれか一方の周囲のみに形成されていてもよい。この場合も、図１４および図１５に示したガス供給部材２と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
図１６を参照して、本発明による気相成長装置の実施の形態３の第２の変形例を説明する。
【００７４】
図１６は、気相成長装置におけるガス供給部材２とサセプタ５との配置を示す平面模式図となっている。図１６に示すようなガス供給部材およびサセプタ５を備える気相成長装置は、基本的には図１０〜図１３に示した気相成長装置１と同様の構造を備えるが、サセプタ５の平面形状およびその動作が異なっている。すなわち、図１６に示すように、サセプタ５は平面形状が円形状となっており、その運動もサセプタ５の平面における中央部を中心とした回転運動（図１６における矢印３６に示した方向に回転する運動）となっている。サセプタ５の上部表面における中央部と対向する位置にガス供給部材２が配置されている。また、ガス供給部材２の長辺方向での幅（図１６における上下方向でのガス供給部材２の幅）は、サセプタ５の直径よりも大きくなっている。すなわち、サセプタ５が矢印３６に示す方向に回転することにより、サセプタ５の上部表面は必ずガス供給部材２の下（ガス供給部材２と対向する領域）を通過するようになっている。このようなサセプタ５の動作によっても、ガス供給部材２から基板６の上部表面の所定領域に対して、異なる処理の原料ガスを交互に供給することができる。つまり、サセプタ５の上部表面（基板６の搭載面）のすべてを覆うのではなく、当該上部表面の一部と重なるようにガス供給部材２を配置した上で、サセプタ５を運動（たとえば図１６に示すような回転運動、あるいは図１０〜図１２の矢印３６に示した往復運動）させることで、基板６の表面に異なる種類の原料ガスを順番に供給することができる。この結果、図１０〜図１３に示した気相成長装置と同様に基板６の表面においてパーティクルの発生を抑制しつつ成膜処理を行なうことができる。
【００７５】
また、図１６に示したガス供給部材２の構造としては、図１０〜図１３に示した構造、あるいは図１４および図１５に示した構造のいずれを採用してもよい。また、図１０〜図１６に示したように、サセプタ５の上部表面（基板搭載面）の一部のみと平面的に重なるようにガス供給部材２を配置した上で、サセプタ５を移動させることにより、サセプタ５の基板搭載面の全面をガス供給部材２と対向する位置（原料ガスが供給される位置）に順次配置するようにすれば、ガス供給部材２のサイズを小さくすることができるので、気相成長装置の製造コストを低減することができる。
【００７６】
また、図１０〜図１６に示した気相成長装置１の構成として、図７〜図９に示したようにいわゆるフェースダウンの基板配置となる構成を採用してもよい。この場合、ガス供給部材２の構成は図１１〜図１６に示した構成を単純に上下方向で逆にした構成を採用してもよいし、図８および図９に示したような原料保持容器３０を用いた構成を採用してもよい。
【００７７】
ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
【００７８】
この発明に従った気相成長装置１は、原料ガスを供給するためのガス供給部材２と、ガス供給部材２に対向して配置され、成膜対象物である基板６を保持する支持体としてのサセプタ５とを備える。サセプタ５はガス供給部材２に対して相対的に移動可能である。ガス供給部材２は、複数の原料ガス吐出部１４、１５、４４、４５と、分離ガス供給部としての分離ガス供給孔１３または分離ガス供給スリット４３と、冷却部材としてのヒートスプレッダ１０とを含む。複数の原料ガス吐出部１４、１５、４４、４５は、複数種類の原料ガスをサセプタ５に向けて吐出する。分離ガス供給孔１３は、複数の原料ガス吐出部１４、１５、４４、４５のうち、複数種類の原料ガスのうちの一種類の原料ガスを吐出する一の原料ガス吐出部１４、４４を、複数種類の原料ガスのうち他の種類の原料ガスを吐出する他の原料ガス吐出部１５、４５から隔離する分離ガスを供給する。ヒートスプレッダ１０は、分離ガス供給孔１３または分離ガス供給スリット４３に供給される分離ガスに接する。一の原料ガス吐出部１４、４４と他の原料ガス吐出部１５、４５とは、サセプタ５の移動方向において上流側と下流側とに配置されている。
【００７９】
このようにすれば、分離ガスによって一の種類の原料ガスと他の種類の原料ガスとが隔離された状態で、成膜対象物である基板６の表面にまで到達できる。このため、基板６の表面に到達する前に複数種類の原料ガスが互いに混合することを抑制できる。さらに、ヒートスプレッダ１０によって分離ガスが冷却されているため、当該冷却された分離ガスを介して原料ガスの温度も低下させることができる。このため、原料ガスの温度が上昇して複数種類の原料ガスの反応性が高くなることを防止できる。したがって、複数種類の原料ガスが混合し、反応する可能性をさらに低減できる。この結果、原料ガスの反応に起因するパーティクルの発生を抑制できる。
【００８０】
また、サセプタ５が移動可能となっており、一の原料ガス吐出部１４、４４と他の原料ガス吐出部１５、４５とがサセプタ５の移動方向において上流側と下流側とに配置されているので、基板６の表面の所定の領域には、複数種類の原料ガスのうち一種類の原料ガスと他の種類の原料ガスとがサセプタ５の移動に伴って順番に供給される。そして、基板６の表面に供給された原料ガスが当該表面（または表面近傍の境界層）において反応することで、基板６の表面に膜を形成することができる。なお、このとき原料ガスの反応による生成物は速やかに基板６の表面における成膜反応により消費されるので、従来のように基板６上の気相中で原料ガスが反応した場合のようにパーティクルが生成される可能性は低い。
【００８１】
上記気相成長装置１は、図６に示すようにサセプタ５を内部に保持する処理室（チャンバ本体３）と、チャンバ本体３の内部に配置された加熱部材９とを備えていてもよい。この場合、成膜処理を実施する前に、事前に加熱部材９を用いてチャンバ本体３の内部の温度を上げることで、チャンバ本体３の内周壁面に付着している水分などを確実に除去することができる。この結果、パーティクル発生の要因の１つである水分をチャンバ本体３内部から事前に除去できるので、パーティクルの発生をより抑制することができる。また、上述した水分は形成される膜に含まれる不純物の原因ともなるため、上記のように予めチャンバ本体３内部から水分を除去することで、形成される膜２６の膜質を向上させることができる。
【００８２】
なお、加熱部材９は、基板６を加熱するための加熱装置（たとえばサセプタ５を加熱するための加熱装置）により温度が上昇する領域（たとえばサセプタ５近傍、あるいはサセプタ５からの輻射熱が直接到達する領域）とは異なる領域に配置されることが好ましい。たとえば、チャンバ本体３内部においてサセプタ５よりも下方（サセプタ５が設置されている底壁側）に当該加熱部材９を配置することが考えられる。
【００８３】
上記気相成長装置１において、チャンバ本体３の内壁およびガス供給部材２の表面（ヒートスプレッダ１０の外周表面）は鏡面仕上げされていてもよい。この場合、チャンバ本体３の内壁などに対する異物の付着を抑制することができる。この結果、成膜時におけるパーティクルの発生確率を低減できる。
【００８４】
この発明に従ったガス供給部材２は、気相成長装置１に用いるガス供給部材２であって、複数の原料ガス吐出部１４、１５、４４、４５と、分離ガス供給部としての分離ガス供給孔１３または分離ガス供給スリット４３と、冷却部材としてのヒートスプレッダ１０とを備える。複数の原料ガス吐出部１４、１５、４４、４５は、複数種類の原料ガスを吐出する。分離ガス供給孔１３または分離ガス供給スリット４３は、複数の原料ガス吐出部１４、１５、４４、４５のうち、複数種類の原料ガスのうちの一種類の原料ガスを吐出する一の原料ガス吐出部１４、４４を、複数種類の原料ガスのうち他の種類の原料ガスを吐出する他の原料ガス吐出部１５、４５から隔離する分離ガスを供給する。ヒートスプレッダ１０は、分離ガス供給孔１３または分離ガス供給スリット４３に供給される分離ガスに接する。
【００８５】
このようにすれば、分離ガスによって一の種類の原料ガスと他の種類の原料ガスとが隔離された状態で、気相成長装置１の処理室（チャンバ本体３）内部へ原料ガスを供給できる。そのため、チャンバ本体３内部に配置された基板６の表面に到達する前に複数種類の原料ガスが互いに混合することを抑制できる。さらに、ヒートスプレッダ１０によって分離ガスが冷却されているため、当該冷却された分離ガスを介して原料ガスの温度も低下させることができる。このため、原料ガスの温度が上昇して複数種類の原料ガスの反応性が高くなることを防止できる。したがって、複数種類の原料ガスが混合し、反応する可能性をさらに低減できる。この結果、原料ガスの反応に起因するパーティクルの発生を抑制できる。
【００８６】
上記気相成長装置１または上記ガス供給部材２において、分離ガス供給孔１３または分離ガス供給スリット４３は、一の原料ガス吐出部１４、４４の周囲を囲むように分離ガスを供給してもよい。この場合、分離ガスが一の原料ガス吐出部１４、４４から供給される一種類の原料ガスの周囲を囲んだ状態となるので、当該一種類の原料ガスと他の種類の原料ガスとが混合、反応する可能性をより確実に低減できる。
【００８７】
上記気相成長装置１または上記ガス供給部材２において、分離ガス供給孔１３または分離ガス供給スリット４３は一の原料ガス吐出部１４、４４または他の原料ガス吐出部１５、４５の周囲を囲む環状の隙間を形成している。この場合、環状の隙間から分離ガスを供給することにより、原料ガス吐出部１４、１５、４４、４５から供給される原料ガスの周囲を確実に分離ガスによって囲むことができる。
【００８８】
上記気相成長装置１または上記ガス供給部材２において、ヒートスプレッダ１０は、分離ガス供給孔１３または分離ガス供給スリット４３において分離ガスが流通する流路に表面が露出するとともに、分離ガス供給孔１３または分離ガス供給スリット４３の位置からガス供給部材２の端部にまで延在する固体伝熱部材である。ここで、分離ガス供給孔１３または分離ガス供給スリット４３に液体や気体の冷媒を隣接させることで分離ガスを冷却する場合、当該冷媒がガス供給部材２から漏れて成膜処理に悪影響を与えるといった可能性が考えられる。一方、上述のように固体伝熱部材であるヒートスプレッダ１０を用いることにより、このような冷媒の漏洩といった問題の発生を防止することができる。
【００８９】
また、冷媒をガス供給部材２近傍にまで流通させるためには、冷媒流路をガス供給部材２に形成する必要があり、ガス供給部材２の装置構成が複雑化する。一方、上述のような固体伝熱部材であるヒートスプレッダ１０を用いることで、冷媒流路の形成などは必要なくなるため、上述のような冷媒を用いる場合よりも、ガス供給部材２および当該ガス供給部材２を備える気相成長装置１の装置構成を簡略化できる。この結果、ガス供給部材２および気相成長装置１の信頼性を向上させることができる。
【００９０】
上記気相成長装置１または上記ガス供給部材２において、ヒートスプレッダ１０は、少なくとも分離ガスの流路に露出する表面がモリブデン、ニッケルおよびステンレス鋼からなる群から選択される一種により構成されていてもよい。この場合、上述した材料は分離ガスに用いられる水素ガスなどに対する耐性が高いことから、ヒートスプレッダ１０の表面が分離ガスなどと反応し侵食されることを防止できる。
【００９１】
この発明に従った半導体製造方法は、成膜対象物を準備する工程としての基板準備工程（Ｓ１０）と、膜を形成する工程としての成膜工程（Ｓ２０）とを備える。成膜工程（Ｓ２０）では、加熱された基板６の表面に向けて、半導体の原料となる複数種類の原料ガス（たとえばトリメチルガリウムあるいはトリエチルガリウム、アンモニア）を、互いに分離ガス（たとえば水素など）で区分した状態で供給しながら、基板６を原料ガスの供給方向に対して交差する方向であって、かつ基板６の表面における異なる種類の原料ガスの供給位置の並ぶ方向に沿った方向（図２の矢印８または図１０〜１２、図１６に示す矢印３６に示す方向）に移動することにより、基板６の表面に半導体膜である膜２６を形成する。
【００９２】
このようにすれば、分離ガスによって複数種類の原料ガスが隔離された状態で、基板６の表面にまで原料ガスが到達できる。このため、基板６の表面に到達する前に複数種類の原料ガスが互いに混合し、反応することを抑制できる。この結果、原料ガスの反応に起因するパーティクルの発生を抑制できる。
【００９３】
また、基板６が上述のように移動することにより、基板６の表面の所定の領域には、複数種類の原料ガスのうち一種類の原料ガスと他の種類の原料ガスとが基板６の移動に伴って順番に供給される。そして、基板６の表面に供給された原料ガスが当該表面（または表面近傍の境界層）において熱分解および反応することで、基板６の表面に膜２６を形成することができる。
【００９４】
上記半導体製造方法では、成膜工程（Ｓ２０）において、分離ガスを冷却することにより、分離ガスで区分された原料ガスを冷却してもよい。この場合、原料ガスの温度が上昇して複数種類の原料ガスの反応性が高くなることを防止できる。したがって、複数種類の原料ガスが混合し、反応する可能性をさらに低減できる。この結果、原料ガスの反応に起因するパーティクルの発生をより確実に抑制できる。
【００９５】
上記半導体製造方法において、複数種類の原料ガスは、トリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムと搬送ガスとの混合ガス、およびハロゲン化ガリウムガスのいずれか一方と、アンモニアまたはアミン系ガスと搬送ガスとの混合ガスとを含んでいてもよく、分離ガスは、水素ガス、窒素ガス、不活性ガス、およびこれらのガスの混合ガス、のいずれか１つを含んでいてもよい。
【００９６】
このように、半導体として窒化ガリウム（ＧａＮ）を製造する際に用いる原料ガスとして、上述のようなガスを用いれば、当該原料ガスは高純度化が容易であり、またプロセスの制御性にも優れることから、優れた膜質のＧａＮからなる半導体膜を形成することができる。また、分離ガスとして挙げた上述のような種類のガスは、上述した原料ガスとの反応性があまり高くなく、プロセスへの悪影響が少ない。また、上述した分離ガスとして挙げたガスは、熱伝導率も比較的高いため、原料ガスを冷却するための媒体としての性能も優れている。
【００９７】
この発明に従った半導体基板は、上記半導体製造方法を用いて形成されたものである。具体的には、この発明に従った半導体基板は、ベース基板としての基板６と、上記基板６の主表面上に上記半導体製造方法を用いて形成された半導体膜としての膜２６とを備えていている。あるいは、上記半導体基板は、ベース基板としての基板６の主表面上に上記半導体製造方法を用いて形成された半導体膜としての膜２６であって、当該基板６を除去した自立基板であってもよい。この場合、半導体基板を構成する半導体膜である膜２６の膜質は優れたものとなっていることから、当該半導体基板を用いて発光素子やパワーデバイスなどの素子を形成する場合に当該素子の特性が膜質の影響により劣化することを抑制できる。
【００９８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
この発明は、特に異なる種類の原料ガスを用いた気相成長により半導体膜を形成する場合に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【０１００】
１  気相成長装置、２  ガス供給部材、３  チャンバ本体、４  架台、５  サセプタ、６  基板、７，８，３６  矢印、９  加熱部材、１０  ヒートスプレッダ、１１  伝熱ベース、１２，４６，４７  バッファ室、１３  分離ガス供給孔、１４，１５，４４，４５  原料ガス吐出部、１６，１７  原料ガス供給管、１８  分離ガス供給管、１９  ガス供給部、２０  分離ガス供給部、２１  温度制御部、２２  側壁、２３  中央支持部、２５  開口部、２６  膜、３０  原料保持容器、３１  液体原料、３２  ガス供給管、３５  支持部材、４３  分離ガス供給スリット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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